Расчет показателей надежности оборудования ТЭС. Учебное пособие

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральноегосударственноебюджетноеобразовательноеучреждениевысшегообразования

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

О. К. ГРИГОРЬЕВА

РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ ТЭС

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

НОВОСИБИРСК

2025

1

УДК 621.311.22.019.3(075.8) Г834

Рецензенты:

д-р техн. наук, доцент О. В. Боруш

канд. техн. наук, главный специалист ТМО ОПН ООО «УралТЭП» И. В. Бородихин

Работа подготовлена кафедрой тепловых электрических станций по дисциплине «Теория надежности тепловых электрических станций» для студентов ФЭН всех форм обучения направления 13.04.01

Григорьева О. К.

Г834 Расчет показателей надежности оборудования ТЭС: учебное пособие / О. К. Григорьева. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2025. – 72 с.

ISBN 978-5-7782-5423-7

Представлена методика расчета показателей надежности энергоблоков и основного энергооборудования тепловых электростанций. Даны необходимые справочные материалы. Показано, как надежность энергоблоков ТЭС с учетом их режимных показателей определяет резерв функционирующих электроэнергетических систем и систем теплоснабжения при заданной надежности энергоснабжения.

Учебное пособие предназначено для студентов теплоэнергетическихнаправленийподготовки. Можетиспользоватьсякакнаэтапекурсового, так и дипломного проектирования.

2

также определить фактический отпуск электрической и тепловой энергии с учетом надежностных показателей энергоблоков и решить вопросы резервирования при заданных коэффициентах надежности энергоснабжения потребителей.

Длявыполненияпоставленнойзадачинеобходимоучитыватьследующие исходные данные.

Типы и количество функционирующих энергоблоков в энергосистеме.

Район функционирования, который определяет продолжительность отопительного периода, температуру наружного воздуха и параметры временной избыточности системы теплоснабжения.

Показатели надежности энергоснабжения.

Коэффициент теплофикации.

Количество и тип котла в районной отопительной котельной. Эти данные помогут более точно охарактеризовать режимы работы

энергоблоковвтечениегодаиобеспечитьэффективноепроектирование и эксплуатацию энергетических систем.

4

Рис. 1.1. Граф состояний энергоблока

При составлении дифференциальных уравнений для каждого из состояний пользуются следующим математическим правилом. Производная вероятности (нахождения элемента в каждом из состояний) по времени равна алгебраической сумме произведений вероятностей состояний (связанных между собой стрелками на графе) и интенсивности переходов, приэтом слагаемые берутсясо знаком минус, если стрелка выходит из вершины, для которой записывается уравнение, и со знаком плюс, если стрелка входит в вершину графа.

Вероятность нахождения системы в рабочем состоянии (P1) dPd1τ(τ) λP1(τ) μP2 (τ) .

Вероятность нахождения системы в состоянии отказа (P2 ) dPd2τ(τ) P2 (τ) P1(τ).

Подобные дифференциальные уравнения называются уравнениями Колмогорова и могут быть составлены для каждого состояния графа. При этом граф состояний будет описываться системой дифференциальных уравнений, в которой их количество равно числу состояний на графе.

Для решения системы уравнений Колмогорова дополнительно вводится уравнение нормировки

Pi ( ) 1.

6

Использование марковских процессов для расчета надежностных показателей позволяет получить точные и обоснованные результаты, которые могут быть использованы для оптимизации работы энергетическихустановок. Этаметодикаслужитважныминструментомдляпринятия обоснованных решений по улучшению надежности и эффективности работы систем.

1.2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТЕЙ ОТКАЗОВ

ИВОССТАНОВЛЕНИЙ

Интенсивности отказов и восстановлений являются ключевыми показателями надежности систем, включая энергооборудование на тепловых электростанциях. Эти параметры помогают оценить, как часто происходят отказы оборудования и как быстро оно восстанавливается после таких сбоев.

Интенсивность отказов (λ) – это вероятность отказа системы или компонента в единицу времени при условии, что система работает без отказов до данного момента. Она может быть определена как отношение числа отказов к общему времени работы системы, обычно измеряется в отказах на час. Этот показатель позволяет оценить надежность оборудования и его способность функционировать без сбоев.

Интенсивностьвосстановления(μ) – этоскорость, скоторойсистема восстанавливаетсяпослеотказа. Онаопределяетсякакотношениечисла восстановлений к общему времени, в течение которого система была в состоянии отказа, измеряется в восстановлениях на час. Высокая интенсивность восстановлений указывает на то, что система быстро возвращается в рабочее состояние после сбоев.

Частопредполагается, чтовремямеждуотказамиивремявосстановления следуют экспоненциальному распределению. В этом случае интенсивности постоянны и не зависят от времени.

Определение интенсивностей отказов и восстановлений позволяет:

1)оцениватьнадежностьоборудования. Пониманиечастотыотка-

зов и скорости восстановления помогает в планировании технического обслуживания и ремонтов;

2)оптимизировать эксплуатацию. Зная эти показатели, можно улучшить процессы управления и минимизировать время простоя;

7

3) разрабатыватьстратегиирезервирования. Информацияонадеж-

ности помогает в принятии решений о необходимости создания резервных систем для обеспечения бесперебойного энергоснабжения.

Таким образом, интенсивности отказов и восстановлений служат важными инструментами для анализа и повышения надежности энергооборудования на ТЭС.

Интенсивностиотказовивосстановленийрассчитываютсясиспользованием следующих формул (ч 1).

Для турбогенераторов паротурбинных энергоблоков мощностью

25…800 МВт

μT 6 10 6 λT1 ,

где N – установленная мощность, кВт; t0 – начальная температура пара, ºC; P0 – начальное давление, бар. Коэффициент cT1 учитывает

Коэффициент cК1 учитывает влияние вида топлива; cК2 – промперегрев; cК3 – типкотла. Так, для угольных котлов cК1 1,0 , а при работе

8

котлов на газомазутном топливе cК1 0,85 . При наличии промперегрева в котле cК2 1,15, при отсутствии промперегрева cК2 1,0. Для

где N – установленная мощность ГТУ, кВт; σ – степень сжатия; t0 –

начальная температура газа, ºC.

Для турбогенераторов ГЭС мощностью 25…500 МВт

μГЭС 6 10 6 λГЭС1 ,

где N – установленная мощность агрегата, кВт.

Для водогрейных котлов тепловой мощностью 25…210 МВт

λВК 0,004QB0,025К 1 Q1,150,025 ,

BК

μBК 8 10 6 λB1К ,

где QBК – тепловая мощность водогрейного котла, кВт. Для транзитных теплопроводов

λТР 0,01(3 45dТР)10 3 ,

μTP λTP102 ,

где dTP 1,9 10 3 QTном 0,48 – диаметр теплопровода, м; QTном – номинальная тепловая мощность установки, кВт.

9

При использовании РОУ

λРОУ 10 4 ; μРОУ 4 10 2 .

Надежность каждого элементаможет быть представлена стационарными значениями показателей: коэффициентом готовности KГ, време-

нем наработки на отказ ТО, ч и временем восстановления ТВ, ч:

ТО 1λ, ТВ μ1 .

1.3. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ДЛЯ КЭС ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МАРКОВСКИХ ПРОЦЕССОВ

В основе расчета динамического коэффициента готовности лежит описание функционирования энергоагрегата КЭС марковским процессом с дискретным множеством состояний. Метод используется в предположении экспоненциальных законов определения времени работы и восстановления { 1, 1} ct.

Конденсационный энергоблок представим в виде простой структурной схемы из двух элементов: котла и турбогенератора (рис. 1.2, а).

Рис.1.2. Структурная схема (а) и граф достижимых состояний энергоблоков (б):

1 – котел; 2 – турбогенератор; S0 , S1, S2 – достижимые состояния.

10